Software: FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall

↑

← →

Neuer Lastfall

Verwaltung von Lastfaellen (Load Sets)

• Die Gesamtlast von 10000 N wurde fälschlicher Weise gleichmäßig auf die 11 Rand-Knoten der gleich großen Randelemente verteilt (á 909,1 N):
  • Falls ein Knoten Eckpunkt zweier Elemente ist, verteilt er seine Kraft je zur Hälfte auf diese Nachbar-Elemente.
  • Die Kraft beider Eck-Knoten wirkt jedoch vollständig auf die Eck-Elemente, an denen somit im Modell zu stark gezogen wird.
• Richtig ist bei gleicher Elementgröße folgende Lastverteilung bei n Elementen (nicht n Knoten!):
  • Gesamtlast/n auf jeden "normalen" Randknoten
  • Gesamtlast/(2n) auf jeden Eck-Knoten
• Wir wollen die falsche Ausgangskonfiguration als ersten Lastfall für das Modell behalten. Deshalb definieren wir einen neuen Lastfall "Zugkraft Links OK" mit ID=2:
  
• Alle Belastungsfälle werden im Modell-Explorer aufgelistet und man kann einen Fall für die Bearbeitung der konkreten Belastungen auswählen (=Aktivieren):
  
• Welcher Lastfall aktiviert ist, erkennt man neben der farblichen Hervorhebung im Explorer auch am Trays-Element Ld:nr rechts unten auf der Statuszeile des Hauptfensters. Auch dort besteht die Möglichkeit, zwischen den Loadsets umzuschalten bzw. die Sets zu verwalten (Linke Maustaste):
  
• Der aktive Lastfall wird im Grafikfenster dargestellt. Für den neuen Lastfall erkennt man, dass die Belastung durch die Zugkraft noch fehlt. Allerdings werden die für den anderen Lastfall berechneten Ergebnisse (Output Set) noch angezeigt:
  
• Da insbesondere die Verformung des Netzes das Ergänzen der erforderlichen Belastungskraft behindert, sollten wir die vorhandenen Ergebnisse (Results) löschen. Auch das können wir über den Modell-Explorer veranlassen:
  
• Den Rand-Knoten auf der linken Seite müssen wir nun die Kraft nodal richtig zuweisen:
  
• Die Zuweisung der Kraft-Anteile zu den Knoten erfolgt analog, wie für den ersten Lastfall. Wir müssen jetzt nur die beiden Eck-Knoten separat behandeln!
• Wir speichern das Modell und starten den MEANS-Solver erneut. Dabei werden automatisch beide Lastfälle berechnet
• Achtung:
  Im MEANS-Protokoll sollte man zumindest überprüfen, ob für beide Lastfälle die Summe der Auflagekräfte richtig berechnet wird!

Verwaltung von Ansichten (Views)

Bei mehreren Lastfällen sollte man unterschiedliche Ansichten (Views) für das Modell definieren (für jeden Lastfall mindestens eine eigene Ansicht):

• Für die einzelnen Ansichten sollte man sinnvolle Titel vergeben (z.B. "Zugkraft Links (Fehler)" ). Den Bezeichner kann man direkt im Modell-Explorer editieren.
• Das Anlegen einer neuen Ansicht (View) kann wieder über das Kontext-Menü erfolgen. Dabei kann man auch einen Titel für diese Ansicht vergeben (z.B. "Zugkraft Links OK").
• Welches der im Grafikbereich dargestellten Fenster welche Ansicht (View) repräsentiert, ist über den Titel ersichtlich.
• Im Modell-Explorer kann das Fenster einer Ansicht mittels Doppelklick als aktives Fenster ausgewählt werden.
• Jedes Ansichtsfenster kann individuell konfiguriert werden:

1. Was soll dargestellt werden (Modellkomponenten)? (View - Visibility <Strg+Q>)
2. Welche Ergebnisse sollen dargestellt werden (View - Select <F5>)
3. Wie soll die Darstellung erfolgen? (View - Options <F6>)

Hinweise:

• Die Konfiguration der Arbeitsfäche (z.B. Größe, Raster usw.) wirkt global auf alle Ansichtsfenster! (Tools - Workplane... <F2>).
• Standardmäßig wirkt die View-Konfiguration auf alle Ansichtsfenster. Das ist meist effektiv, um eine einheitliche Darstell-Form in allen Fenstern einzurichten. Sollen in einem Fenster jedoch individuelle Werte zugeordnet werden, so muss man die Wirkung auf "Alle Views" abschalten!

Im Folgenden werden wir unsere beiden Ansichtsfenster in diesem Sinne konfigurieren.

1. Modellkomponenten (View - Visibility <Strg+Q>)

Bei der Darstellung der Modell-Komponenten ist zu unterscheiden zwischen:

1. Draw Entity - grafische Darstellung der Komponente
2. Labels - Zahlenwert der Komponente (nur zusätzlich zur grafischen Darstellung!)

• Entity Color für Labels - Jeder Modell-Komponente kann eine individuelle Farbe zugewiesen werden (z.B. Elementen, Knoten, Loads usw.). Der Zahlwert (Label) kann in dieser Farbe dargestellt werden.
• Erase Background für Labels - erzeugt zur besseren Lesbarkeit einen schwarzen Hintergrund unter den Zahlenwerten.

Die Auswahl der darzustellenden Modellkomponenten (Entity/Label) können wir einheitlich für alle Ansichtsfenster (All Views) vornehmen:

• Man sollte nur die Komponenten (Entity) auswählen, die im Modell existieren und unbedingt für die Interpretation der Ergebnisse benötigt werden.
• Im Beispiel sind dies die Netz-Elemente, die Einspannungen und die Belastungskräfte:
  
• Für diese darzustellenden Komponenten muss man dann überlegen, ob sie mit ihrem Wert (Label) zu beschriften sind.
• Im Beispiel ist dies nur für Kräfte sinnvoll, wobei für die Beschriftung die Standardfarbe auf dem Originalhintergrund ausreicht:
  

• Geometrie AUS: Diese wird nur für die Vernetzung benötigt, welche inzwischen abgeschlossen ist.
• Netz - Elemente EIN:

Load-Darstellung:

Standardmäßig wird in jedem View-Fenster immer die Belastung des aktiven Load Set eingeblendet, wenn die Darstellung der entsprechenden Belastung für den View aktiviert ist:

• Dies führt schnell zur Verwirrung, wenn die dargestellten Ergebnisse nicht zum aktuell gewählten aktiven Lastfall gehören.
• Deshalb sollte man unbedingt den jeweils gewünschten Load Set individuell für jedes Ansichtsfenster auswählen (View - Visibility bzw. <Strg+Q>):

Deformations- und Contour-Darstellung:

Im Unterschied zur Darstellung der Belastung (z.B. als Kraftvektoren mit Zahlenwert) kann man die Zuordnung der berechneten Ergebnisse zu den einzelnen Ansichten gezielt definieren.

===>>> Ab hier ist noch keine Überarbeitung erfolgt !!!

Belastungsanalyse

• Die genauen Belastungen wollen wir durch Einblenden der Zahlenwerte überprüfen:

1. über den Eigenschaftseditor durch Umschalten auf Contour Style = Criteria oder
2. über das FEMAP-Menü (View - Select - Contour Style=Criteria). Dort hat man zusätzlich die Möglichkeit, sich den Maximalwert über Deformed and Contour Data.. direkt anzeigen zu lassen:
   Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - belastung max-wert anzeigen.gif

Nun wird es höchste Zeit zu überprüfen, ob unser Blech der Belastung überhaupt Stand hält:

• Die Belastungsgrenzen sind nicht nur vom Material abhängig, sondern auch von der Art der Belastung (statisch/dynamisch, Zug/Druck und dem Einsatzbereich des Bauteils (Sicherheitsfaktor)).
• Falls man die Belastungsgrenzen mit in die Materialbibliothek aufnimmt, sollte man den Anwendungsfall durch die Material-Bezeichnung deutlich machen.
• Wir haben hier eine einfache statische Zug-/Druck-Belastung, am Lochrand tritt auch verstärkt Scherspannung auf. Bei einem Sicherheitsfaktor 2 kann man für Stahl-C35 (entspricht St50) folgende Grenzwerte annehmen:
  • SIG_Zul_Zug=150E6 N/m²
  • SIG_Zul_Druck=150E6 N/m²
  • TAU_Zul_Scher=120E6 N/m²
• Wir ergänzen diese zulässigen "Limit-Stress"-Werte für das zugewiesene Material. Hier existieren wieder zwei Möglichkeiten, wovon wir die zweite nutzen werden:

1. Menüeintrag (Modify - Edit - Material) mit Auswahl des Materials und anschließendem, bereits bekannten Material-Dialog. (Hinweis: Diese Werte sollte man nicht in die Materialbibliothek speichern, da sie vom modellspezifischen Belastungsfall abhängen!)
2. Material im Modell-Explorer auswählen und mit dem Eigenschaftseditor die Werte für Tension, Compress und Tension eintragen:
   Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - material-grenzwerte.gif

Wenn wir die zulässigen Werte mit den berechneten Spannungswerten vergleichen, sehen wir, dass wir das Material ca. um den Faktor 10 zu hoch belasten!

• Wir reduzieren die Zugkraft auf 1000 N:
  • Multiplizieren aller Lastkräfte mit dem Faktor 0,1
  • Nutzung der Funktion Modify - Update Other - Scale Load.
• Damit dürfte die Belastung nur an einigen Stellen in der Nähe der Einspannung geringfügig überschritten werden.
• Für die Criteria-Darstellung kann man Grenzwerte angeben, welche in der Darstellung berücksichtigt werden:
  • Über den Menüpunkt (View - Options) bzw. <F6> gelangt man in den Dialog zur detaillierten Einstellung aller Darstellmöglichkeiten.
  • Unter PostProcessing kann man Criteria Limits vorgeben:
    • Damit beschreibt man, welche Elemente mit der wertmäßigen Farbe gefüllt werden.
    • Bei angegebenen Grenzen (Between) werden alle Elemente mit Werten außerhalb des Bereiches nicht gefüllt. Bei der Mises-Vergleichsspannung kann man auf die Option Abs Value verzichten, da nur positive Werte auftreten:
      
  • Für die unzulässig belasteten Elemente (Elements that Fail), kann man die Zahlenwerte anzeigen lassen und z.B. den Rand in der Contourfarbe zeichnen lassen (diese repräsentiert laut Farbskala den Wert):
    Datei:Software FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Neuer Lastfall - criteria-elements that fails.gif

Hinweis: Nicht vergessen Draw Entity zu markieren!

• Wahrscheinlich tritt in Zugrichtung am Lochrand die höchste Belastung auf, welche die zulässige Belastung etwas übersteigt. Endgültige Aussagen dazu kann man jedoch erst nach einer Verbesserung der Modellgenauigkeit machen!
• Deshalb wollen wir uns im nächsten Abschnitt dem Aufbau eines verbesserten Netzes widmen. Dazu werden wir ein neues Modell aufbauen.

← →